基于單片機的新型遙控密碼鎖電路系統(tǒng)設計

1、 基于單片機的新型遙控密碼鎖電路系統(tǒng)設計 學生姓名： 學生學號： 院（系）： 電氣信息工程學院 年級專業(yè)： 電子信息工程 指導教師： 助理指導教師： 二一五年五月摘 要現(xiàn)代社會的飛速發(fā)展，使人們對科技技術(shù)的要求也越來越高，特別是在日常生活用品上大家都追求簡單方便但是實用的產(chǎn)品。因此本次設計就是在傳統(tǒng)密碼鎖的基礎上加以遙控控制來實現(xiàn)密碼鎖的無線控制，本次設計是基于STC89C52單片機的新型紅外遙控防盜密碼鎖控制系統(tǒng)電路的相關(guān)的理論和實踐應用，包括了紅外密碼鎖的硬件和軟件的實現(xiàn)流程，詳細介紹了系統(tǒng)硬件和軟件的設計結(jié)構(gòu)和要點。本設計的特點是可通過手動密碼輸入和紅外遙控密碼輸入兩種方式來控制芯片從而

2、控制密碼鎖電路來完成對紅外密碼鎖的各項操作。主要內(nèi)容是以下幾個：4*4矩陣鍵盤、以STC89C52芯片為核心的密碼鎖的數(shù)據(jù)處理及控制電路、輸出七段顯示電路、另外系統(tǒng)還有LED提示燈、報警蜂鳴器、單片機復位電路、紅外發(fā)射器與紅外接收器的設計電路以及電子密碼鎖的典型設計電路和具體應用方法。本設計可以實現(xiàn)的功能有：管理員密碼、用戶密碼修改、本機開鎖、遙控開鎖、密碼錯誤報警和鎖定按鍵等功能。關(guān)鍵詞 密碼鎖，單片機，新型遙控，紅外線IVABSTRACT The rapid development of modern society, so that people on science and techn

3、ology technical requirements are also increasing, especially in the daily necessities we all seek simple but practical products. So this design is to be based on the traditional locks on the remote control to wireless control locks, this design is based on SCM STC89C52 new infrared remote control an

4、ti-theft lock control system circuit theory and practice related applications, including the Infrared lock hardware and software implementation process, detailing the system hardware and software design structure and points. Features of this design are two ways to enter the control chip to control t

5、he lock circuit to complete the infrared locks the operating manual password entry and infrared remote control password. The main contents are as follows: 4 * 4 matrix keyboard to STC89C52 chip as the core of the lock of the data processing and control circuit, the output of the seven-segment displa

6、y circuit, in addition to the system as well as LED warning lamp, alarm buzzer, the microcontroller reset circuit receiver infrared transmitter and infrared and electronic locks circuit design typical circuit design and application method. This design can be implemented features are: the administrat

7、or password, user password changes, the machine lock, remote keyless entry, password error alarm and lock the keys, and other functions.Keywords Password lock, Microcontroller, a new type of remote control, infrared 目錄目 錄摘 要IABSTRACTII1 緒論11.1序言11.2鎖具種類以及國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀11.3課題的發(fā)展趨勢41.4本課題的研究內(nèi)容及要求42 系統(tǒng)方案分析選擇6

8、2.1系統(tǒng)的設計方案分析62.2方案的論證選擇63 系統(tǒng)硬件電路設計93.1紅外遙控設計93.1.1紅外通信原理93.1.2紅外通信標準113.1.3紅外線遙控原理123.2系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設計123.2.1 STC89C52單片機介紹123.2.2硬件的結(jié)構(gòu)圖143.3各硬件部分設計153.3.1矩陣鍵盤電路153.3.2單片機的時鐘電路與復位電路設計163.3.3 液晶顯示電路設計163.3.4存儲芯片電路設計173.3.5報警電路183.3.6密碼鎖電路194 系統(tǒng)軟件的實現(xiàn)204.1主程序流圖204.2遙控接收與發(fā)射軟件設計224.3開鎖軟件設計235仿真設計與結(jié)果255.1仿真軟件介紹25

9、5.2軟件仿真過程與實現(xiàn)256 PCB的設計286.1 PCB軟件介紹286.1.1 PCB原理圖設計286.1.2 PCB板設計方法296.2 PCB的EMC設計296.2.1電路設計布局與原則296.2.2 布線設計原則306.3 印制電路板306.3.1 印制電路板的結(jié)構(gòu)306.3.2 印制電路板的種類316.3.3 印制電路板制作流程316.4系統(tǒng)的部分PCB圖337 系統(tǒng)的組裝與調(diào)試347.1系統(tǒng)安裝內(nèi)容347.2實物系統(tǒng)的調(diào)試348 總結(jié)37參 考 文 獻38附錄A：完整電路原理圖39附錄B：元件清單40附錄C：實物照片41附錄D：主程序42致 謝526 緒論1 緒論1.1序言隨著

10、信息技術(shù)的飛速發(fā)展以及計算機的普及，我們已經(jīng)對傳統(tǒng)的機械防盜鎖具不滿足，對自己居住環(huán)境的安全和財產(chǎn)安全提出了更高的要求，因此電子智能化就被引入到了家庭及住宅小區(qū)，并且迅速的在世界各地發(fā)展起來。在日常生活中人們常需要攜帶很多不容鑰匙因此很容易混淆使用，這樣的話會很不方便而且鑰匙丟失后也會十分麻煩安全性也會打折扣。所以隨著技術(shù)的不斷發(fā)展用密碼來代替鑰匙開鎖的密碼鎖就應運而生了。隨著電子技術(shù)的高速發(fā)展，傳統(tǒng)的鎖具也迎來了巨大的變革，通過現(xiàn)代的先進電子技術(shù)和機械技術(shù)融洽結(jié)合之后，產(chǎn)生的新的不同于傳統(tǒng)的密碼鎖?，F(xiàn)在的密碼鎖種類也是不斷的增加改變。包括了指紋識別鎖、聲控鎖、磁卡鎖以及IC卡識別鎖、生物鎖等

11、。不過這類的密碼鎖只是對鎖具指定的指紋、有效卡和聲音才有效，并且不能夠加以遠程控制，因此它的性能決定了它只能適用于保密要求非常高且僅供個人或是集體使用的房間和保險柜等。本文設計的控制電路是由STC89C52單片機來編程實現(xiàn)，具有管理員密碼、按鍵提示、密碼報警錯誤提示、鎖定按鍵、手動開鎖、遙控開鎖等功能，并且還可以在密碼意外泄漏的情況下及時修改密碼，具有安全性強、靈活度高的性能因此適用范圍十分廣泛。我們?nèi)粘Ｉ钪凶畛Ｓ玫降募t外遙控具有許多的優(yōu)點，例如采用紅外發(fā)光二極管來作為紅外線的發(fā)射裝置；它的遙控發(fā)射器都是小型化的而且價格低廉；采用的是數(shù)字信號編碼和二次調(diào)制方式。紅外線也不會輕易地向室外泄露，

12、更不會產(chǎn)生無線信號的串擾；紅外線傳輸?shù)姆磻俣瓤?、傳輸效率高、工作穩(wěn)定可靠等。并且在有工業(yè)環(huán)境干擾的情況下，比如常見的高溫高壓、電磁輻射、有毒有害的氣體以及工業(yè)粉塵，紅外線遙控也可以克服他們從而達到快速安全有效的傳輸。因此目前市場上使用最廣泛的一種通信和遙控手段就是紅外線遙控。1.2鎖具種類以及國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀電子密碼鎖的種類繁多，具體有以下幾種:1 普通密碼鎖普通鎖具在生活中被廣泛使用，它的發(fā)展大致可分為五個階段:（1）古代用的木質(zhì)鎖；（2）古代改進的機械鎖；（3）近代發(fā)展起來的機械鎖；（4）現(xiàn)在的普通電子密碼鎖等；（5）不久之后的家用電子密碼鎖、遙控密碼鎖鎖、特定功能的安全密碼鎖。在五十年代

13、，意大利人設計出了比較先進的機械鎖，它的性能完全凌駕在當時的其他鎖種上面。因此到現(xiàn)在我們最常用的鎖還是意大利人研究出來這種機械鎖。這種鎖相對于之前的鎖它的結(jié)構(gòu)十分簡單但是在使用的時候非常方便，而且在價格方面也是比較便宜。不過隨著信息技術(shù)的日益發(fā)展，它在使用的時候也暴露出了一些局限性和很多缺點：第一點就是機械鎖是金屬來制作而成的，它是通過鑰匙和鎖芯的這兩個結(jié)構(gòu)的配合來工作。但是根據(jù)權(quán)威數(shù)據(jù)的統(tǒng)計，用戶所使用的機械鎖種每四千把鎖中就會出現(xiàn)兩把鎖鑰匙的齒形類似甚至相同，這樣的一項數(shù)據(jù)表達的信息是爆炸性的，也就是你用的鎖會用幾十上百相同的鑰匙這樣也就導致了我們?nèi)粘Ｊ褂玫臋C械鎖的安全性能會相對較低；第二

14、點是如果機械鎖的鑰匙一旦丟失，那么后果就會是不管誰撿到了鑰匙都可以將鎖打開;第三點是因為機械鎖的結(jié)構(gòu)材料一般都是黃銅，黃銅的質(zhì)地較軟，所以容易受到損壞。密碼鎖從根本上克服了傳統(tǒng)鑰匙機械鎖的一些缺點，它采用的是密碼來代替鑰匙，這不僅省去了人們要佩帶鑰匙的煩惱，也解決了傳統(tǒng)機械鎖在安全性能上的一些瑕疵。比如僅僅采用5位密碼，則密碼的組合就會高達105 個，而平時的生活中大都采用的是六位的密碼，它的組合則可達到106 個，這更大程度上讓隨機開鎖的機率變?yōu)?。2 機械密碼鎖機械密碼鎖是將解鎖的數(shù)字密碼以機械的裝定形式存儲在鎖具的識別機構(gòu)上，在鎖具的外圍建立密碼的操作按鍵用作密碼的輸入。在密碼輸入之后，

15、系統(tǒng)就會產(chǎn)生相應的識別反應，即如果輸入的是正確的密碼，則識別機構(gòu)就會產(chǎn)生相應的開鎖動作;如果輸入的是錯誤的密碼，則識別機構(gòu)將會做出復位反應或者是不會做出其他響應。機械密碼鎖是由材料機械的加工制作而成的，結(jié)構(gòu)耐用、可以抵抗電磁干擾、而且外界其他的異常信號是非常難啟動它的識別機構(gòu)。但機械密碼鎖也存在著一些不足，比如用戶在忘記密碼之后會很不方便，而且機械的密碼鎖沒有形成相應的智能系統(tǒng)，而且它通常是由多個比較復雜的機電功能小組件構(gòu)成的，它結(jié)構(gòu)的微小型化也需要依靠先進的制造裝配技術(shù)以及打磨工藝，這就決定了它的制造周期相對較長、成本也會比較高，而且在機電接口的組裝及測試上的要求也會比較高。3 電磁/卡片式

16、密碼鎖該類型鎖具與機械鎖比較相似，它是的原理是利用光電藕合或者是電磁感應，然后將鎖的密鑰信息預先存入卡片充當開鎖鑰匙，因此開鎖時只需將磁卡片與鎖內(nèi)的感應裝置進行感應就可以將鎖打開。我們可以了解到該類鎖的成本相對較低；針對用戶是單一性的，可以鏈接機算計，并且可以保存開門記錄。不過不足之處是卡片設備在長時間的使用過程中會有一些不可逆的磨損，因此它的使用壽命也會較短；開鎖密匙的卡片也比較容易復制，因此不太容易雙向控制；因為是電磁感應所以磁卡內(nèi)的存儲信息會在外界磁場的干擾下發(fā)生錯亂，導致卡片無法正常使用。4 指紋密碼鎖該類鎖是通過檢驗使用人員的指紋或者面部等方式來實現(xiàn)識別開鎖。管理員通過使用采樣控制軟

17、件，來對指紋進行采集和保存；識別軟件再通過指紋的識別來對開鎖者的身份進行確定再實現(xiàn)開鎖。指紋密碼鎖具有精密的系統(tǒng)，它也具有唯一針對性和不可變性的特點，因此一直都被當作是身份鑒定的可靠手段，因此它的安全系數(shù)極高。不過它也會存在一定的局限性，它在使用起來不是特別的方便，而且它對安裝的環(huán)境有非常高的要求；由于它極高的精確性，因此它只會對完整的識別體產(chǎn)生反應，一旦識別體受到損傷，比如手指劃破或者其他被用于開鎖的識別部位受有損傷，那么在這樣的情況下，就會產(chǎn)生識別錯誤以致于無法開鎖。5 電子密碼鎖80年代的時候，最早的電子密碼鎖在日本被生產(chǎn)了出來。隨著日本經(jīng)濟的復蘇和電子行業(yè)的飛速發(fā)展，出現(xiàn)了一些利用簡單

18、的門電路設計出來的密碼鎖。不過基于這類密碼鎖的電路比較簡單，因此它的安全性就相對差，很容易被破解。到了90年代，意大利、美國、加拿大、德國、日本、韓國等發(fā)達國家以及我國的臺灣地區(qū)和香港地區(qū)等地因為微電子技術(shù)的不斷進步和通信技術(shù)的不斷發(fā)展而為密碼鎖的發(fā)展提供了技術(shù)上的支持，因此就推動密碼鎖走向了實際應用的這一關(guān)鍵階段。我國于90年的代初才開始對密碼鎖進行初步的探索。從那時候的開始到現(xiàn)在已經(jīng)在此領域有著一個較大的發(fā)展，我們采用了比較多的電路來進行設計，技術(shù)也達到了一定的先進水平相，不過，我們還是必須得正視這樣的一個事實，那就是我國出口的產(chǎn)品中高檔的產(chǎn)品僅僅只占15%-20%，而我國的高檔產(chǎn)品相對于

19、發(fā)達國家來說也只能算是他們的中檔產(chǎn)品，因此價格上是十分受限制的。所以我國目前出口的產(chǎn)品與國外的產(chǎn)品比較起來，無論是在品牌知名度上還是在產(chǎn)品的售價上，我國的產(chǎn)品都與發(fā)達國家的產(chǎn)品有著一定程度上的差距。電子技術(shù)從以前發(fā)展到現(xiàn)在，總體水品已經(jīng)達到了非常高的水平，電子密碼鎖的技術(shù)己經(jīng)變得十分先進應用也十分廣泛。許多的家庭和賓館已經(jīng)在開始使用電子門，而且在貴重物品和機密文件的保管上電子密碼鎖也十分管用，它的控制器與傳感器及執(zhí)行機構(gòu)相連，來進行狀態(tài)的監(jiān)視和控制完成的功能。它是小型便攜式的新型裝置，因此在各種場合都可以應用，它的結(jié)構(gòu)也十分簡單、成本小、安全性能較好。電子密碼鎖的系統(tǒng)通常是由電路和機械執(zhí)行兩個

20、部分構(gòu)成的。電路部分利用的是密碼鎖的專用集成電路芯片控制和單片機控制以及邏輯門電路的構(gòu)成等方式?，F(xiàn)有電子密碼鎖當中，基本上是用戶通過鍵盤接口電路輸入密碼再將解鎖碼輸入到控制器中去，然后通過控制器將用戶輸入的密碼與電子鎖內(nèi)保存的開鎖密碼進行比較，當輸入的密碼和保存的密碼完全一致時，控制芯片就會送出一個開鎖的信號給功率放大器，然后再通過繼電器來帶動機械執(zhí)行部件開鎖。1.3課題的發(fā)展趨勢電子技術(shù)的不斷發(fā)展，人類對只是的不斷研究，在科學技術(shù)上面不斷的創(chuàng)新?，F(xiàn)在國內(nèi)外智能電子密碼鎖的發(fā)展已經(jīng)到了一定的高度，并且由于電子元件技術(shù)應用特別是單片機應用在近幾年得到了非常高效地發(fā)展，無論是它的功能性還是穩(wěn)定性都

21、非常全面。在安全保密的方面已經(jīng)做到可以人眼識別、指紋識別、聲音識別，所以以前只能在電影電視上面看到的高科技在顯示生活中也能實現(xiàn)。這些技術(shù)在國外發(fā)展的時間比較早，所以國外在這方面應用得也比較廣泛，主要是裝在家庭里很貴重地方、銀行的保險柜等應用較多，國內(nèi)在這方面發(fā)展速度相對比外國慢因為起點比較慢，目前市場上是國產(chǎn)和進口的都有，重要的地方應用也比較多，現(xiàn)在也越來越普及。未來的發(fā)展趨勢也會越來越大，人民大眾對安全性能方面的要求也越來越高，由于它的安全性能和功能比彈子鎖會好出一個檔次，因此它的發(fā)展前境是非常大的。1.4本課題的研究內(nèi)容及要求在通常情況下，市場上的電子密碼鎖只能進行親自動手操作，比如賓館里

22、用的房卡或者是門禁開鎖系統(tǒng)等。因此它們在使用的時候都有一定的局限性，在本次的設計中通過將紅外線的特性也就是紅外遙控技術(shù)，通過來它與常用的鍵盤式密碼鎖進行結(jié)合，這既可以實現(xiàn)本機鍵盤的輸入解鎖、鍵盤上的修改密碼、還可以實現(xiàn)遠距離的紅外遙控開鎖和其他操作，實現(xiàn)了一鎖雙解和一鎖多用的目的。使得我們的電子密碼鎖功能變得多樣化而且它的適用范圍更加廣泛。設計中還采用了液晶顯示模塊來提示用戶的操作以及在用戶密碼輸入錯誤的時候會啟動系統(tǒng)中的報警模塊來實現(xiàn)報警從而使我們的電子密碼鎖安全保密的系數(shù)越高。本次設計需要涉及到的技術(shù)要求：(1)熟悉STC89C52單片機的原理和應用來集成和開發(fā)環(huán)境，要求使用C語言來進行程

23、序的編； (2)熟練應用STC89C52的內(nèi)部結(jié)構(gòu)以及資源，能夠掌握系統(tǒng)需要用到的軟硬件調(diào)試的基本方法； (3)能夠獨立構(gòu)建基于STC89C52的最小系統(tǒng)，而且完成相關(guān)的硬件電路系統(tǒng)設計； (4)掌握遙控密碼鎖的原理和實現(xiàn)的辦法。遙控密碼鎖需要實現(xiàn)的功能：（1）輸入用戶的6位密碼，密碼是通過鍵盤來輸入的，若密碼正確，則將電子鎖打開；如果密碼錯誤，系統(tǒng)將報警；（2）實現(xiàn)用戶隨時修改密碼，但是這個操作需要用戶首先將鎖打開才行。修改密碼的操作由兩部組成，首先第一次輸入密碼之后確認，然后再輸入第二次密碼之后當兩次密碼都輸入正確的時候，才能夠完成修改密碼的操作，這就可以防止用戶不經(jīng)意產(chǎn)生的誤操作；（3）

24、系統(tǒng)的報警功能，當用戶輸入了錯誤的密碼時液晶顯示器就會出現(xiàn)錯誤提示，蜂鳴器也會發(fā)出“滴”的報警聲。如若用戶連續(xù)輸入三次錯誤的密碼時，蜂鳴器便會持續(xù)發(fā)出報警聲音而且系統(tǒng)會鎖定鍵盤；（4）系統(tǒng)增加了管理員密碼，當用戶在遺忘密碼的時候，可以根據(jù)管理員密碼來實現(xiàn)密碼的重設。 系統(tǒng)方案分析設計2 系統(tǒng)方案分析選擇2.1系統(tǒng)的設計方案分析本次系統(tǒng)設計主要是在信號的發(fā)射與接收和單片機芯片的選擇上需要我們做出一個方案的分析和論證選擇。具體的方案有下面這三種：方案一：用STC89C52來作為系統(tǒng)的單片機芯片，再用紅外線這種特殊的信號傳輸載體來進行信號的發(fā)射與接收，配以其他的硬件系統(tǒng)來完成本次的設計，具體的結(jié)構(gòu)框

25、架如下圖：紅外信號發(fā)射電路鍵盤輸入 STC89C52紅外接收電路報警器復位電路開鎖電路晶振電路STC89C52的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖方案二：采用AT89C52來作為本設計的單片機系統(tǒng)，然后依然用紅外信號來用作信號的傳輸載體，在結(jié)合系統(tǒng)需要的其他硬件電路來完成本次的密碼鎖設計。方案三：采用STC89C52單片機來作為本設計的控制系統(tǒng)，然后采用電磁信號來作為信號的傳輸載體，再配以其他的硬件電路完成本次的設計工作。2.2方案的論證選擇 方案一是利用STC89C52單片機和紅外信號的特點來進行的系統(tǒng)的設計，STC89C52的特點是低功耗、高性能CMOS8位微控制器，而且它的引腳多，功能強大，能夠滿足用戶對系統(tǒng)

26、功能的要求。而紅外線傳輸起來信號十分穩(wěn)定，這就使得我們整個設計的可行性非常大。方案二用的是AT89C52單片機來作為系統(tǒng)，它也能夠在一定的條件下完成用戶需要的操作，在利用方面也能達到中規(guī)中矩的程度。但是在某些特殊功能的要求下它顯然不能達到用戶的要求，其他硬件電路方面跟方案一相同。方案三在單片機芯片的選擇上面還是STC89C52，可以達到我們想要的功能，但是在信號的傳輸上選用的是另一種載體，電磁波來作為信號傳輸在抗干擾能力上有一定的欠缺，因為它容易受到磁場的干擾。綜上我最終選擇的是用第一種方案，因為它可以實現(xiàn)我們對系統(tǒng)的良好控制，在芯片和信號傳輸?shù)倪x擇上我們能夠更好控制。具體實施方案如下：它是以

27、STC89C52的單片機為核心，再配以相應硬件電路來完成以下的功能：（1）.密碼的設置、存貯、識別、修改、驅(qū)動電磁執(zhí)行器；（2）.檢測其驅(qū)動電流值、接收蜂鳴器送來的報警信號、發(fā)送數(shù)據(jù)等功能，單片機接收鍵盤輸入代碼，然后通過系統(tǒng)與存貯在EEPROM中的六位密碼來進行比較，因為六位的密碼可以有298多萬種密碼組合可以讓用戶隨意變換因此保密性極高。如果用戶輸入的密碼正確，驅(qū)動電磁則會做出相應的動作讓執(zhí)行器開鎖；如果輸入的密碼不正確，單片機系統(tǒng)就會通過通信線路向蜂鳴器發(fā)出報警信號的指令。本設計主要是由矩陣鍵盤、單片機系統(tǒng)、外部硬件設備等部分組成的。矩陣鍵盤是用于數(shù)字密碼的輸入和進行各種用戶功能的實現(xiàn)；

28、單片機系統(tǒng)是用來處理輸入以及輸出信號的；而外部的硬件設備則包括電子鎖和紅外發(fā)射以及接收器。在實際使用的時候只需要要將單片機的負載由電路的繼電器換成可以實際使用的電子密碼鎖電磁鐵吸合線圈即可，當然最好的方式是用繼電器的常開觸點來控制電磁鐵吸合線圈。 系統(tǒng)的主要部分是發(fā)射和接收模塊兩部分。發(fā)射模塊是由單片機、載波發(fā)生器、調(diào)制放大電路、紅外發(fā)射 電路構(gòu)成；接收模塊則是由紅外接收電路、單片機、繼電器和LED指示燈構(gòu)成。大致框架如圖2-7所示。單片機單片機紅外信號接收紅外信號發(fā)射調(diào)制信號發(fā)射繼電器LED載波發(fā)生器發(fā)射模塊 接收模塊 圖2-7 紅外遙控密碼鎖的組成框圖系統(tǒng)中使用的單片機均為8051，這樣可

29、以減少系統(tǒng)整體體積。發(fā)射的模塊中使用的載波發(fā)生器是由 4060 分頻器和晶振構(gòu)成的；紅外發(fā)射電路是由紅外線 發(fā)射 二極管所組成；接收模塊中的紅外信號接收部分 是一種專用的芯片0038B。0038B的管腳分布如下圖2-8所示，2腳為地電源3腳為地，1腳則是為了解調(diào)信號的輸出，其電平與 TTL兼容。0038B系列有以下特性：頻率范圍：32.75kHz、36.7kHz、38kHz、40kHz額定工作電流：3mA 遙控距離：大于8m工作溫度范圍：-10 +60圖2-8 0038B引腳圖從它的特性可以看出它的適用范圍是很廣的，0038B是一種黑色的環(huán)氧聚光透鏡，因此它可以濾除了其他的可見光。它的內(nèi)部含有

30、的PIN 紅外線接收管、解調(diào)器和選頻放大器。當紅外線發(fā)射器發(fā)出的數(shù)據(jù)信號傳送到 0038B時，它內(nèi)部的紅外線 PIN接收管將紅外線轉(zhuǎn)換為容易傳輸?shù)碾娦盘?，該信號再?jīng)過選頻放大解調(diào)后由0038B的1腳輸出與TTL 電平兼容的電信號，該電信號就可以直接送入系統(tǒng)的微處理器來進行信號處理。0038B 的輸出波形圖如圖2-9所示，當系統(tǒng)接收到在頻帶內(nèi)的紅外數(shù)據(jù)信號時，它的接收器就會輸出低電平，如果不是的話則是數(shù)據(jù)高電平，然后將時斷時續(xù)的紅外數(shù)據(jù)信號解調(diào)成為原來的連續(xù)方波數(shù)據(jù)信號。已調(diào)制紅外信號 0038B輸出信號圖2-9 0038B的輸出波形11 系統(tǒng)硬件電路設計3 系統(tǒng)硬件電路設計3.1紅外遙控設計3

31、.1.1紅外通信原理紅外通信是利用紅外線技術(shù)來實現(xiàn)兩點間的近距離保密通信和信息轉(zhuǎn)發(fā)，一般由紅外發(fā)射系統(tǒng)和接收系統(tǒng)兩部分構(gòu)成。發(fā)射系統(tǒng)的作用是對一個紅外輻射源進行調(diào)制后生成紅外信號再將其發(fā)射出去，接收系統(tǒng)就是用紅外探測器或者光學裝置來對紅外信號進行接收的系統(tǒng)，這樣就構(gòu)成了一個基本的紅外通信系統(tǒng)。光分為可見光和不可見光兩種。可見光有紅、橙、黃、綠、青、藍、紫，它們的波長是在390nm770nm之間。在這個范圍之外的光稱為不可見光。有一種光它的光譜在紅色光之外，它的波長是750nm至1mm之間，這樣的光稱為紅外線。紅外線的頻率高于微波但是低于可見光，是一種人類肉眼無法看到的光線。紅外通信一般是采用紅

32、外波段內(nèi)的叫近紅外線的一中光線，它的波長是在0.75um至25um之間。后來紅外數(shù)據(jù)協(xié)會（IRDA）成立后，為了要使不同生產(chǎn)廠商的紅外產(chǎn)品都能達到最佳的通信效果，于是IRDA將850至900nm規(guī)定為紅外數(shù)據(jù)通信所采用的光波波長范圍。紅外通信基本原理是基帶的二進制信號通過發(fā)送端的調(diào)制，然后形成一系列的脈沖串信號也叫做載波信號，通過紅外發(fā)射管來發(fā)射紅外信號再通過紅外接收器來實現(xiàn)信號的轉(zhuǎn)變，這樣就形成了一個紅外通信的完成。常用的調(diào)制方法有通過調(diào)制脈沖的寬度來實現(xiàn)信號調(diào)制的脈寬調(diào)制和通過調(diào)制脈沖串之間時間的間隔來實現(xiàn)信號調(diào)制的脈時調(diào)制兩種。脈寬調(diào)制也叫做PWM，脈時調(diào)制也叫做PPM。PPM是紅外數(shù)據(jù)

33、協(xié)會和國際電子電工委員會（IEEE）都覺得可行并且推薦的調(diào)制方式。本設計采用的就是兩大組織推薦的脈時調(diào)制方法，即用脈沖串間時間的間隔來表示二進制信息，傳送的數(shù)據(jù)比特是仿照不帶奇偶校驗的RS232通信，首先會產(chǎn)生一個同步頭，然后再接著8位數(shù)據(jù)比特，如圖2-1所示。載波信號頻率為38kHz，周期T為26.32us本設計使用單片機軟件所產(chǎn)生的載波，取載波信號的周期T=26us，脈沖寬度t1等于10T結(jié)果是260us，令二進制數(shù)0和1的脈沖串的周期t2 和t3，則t=2500us、t3=1000us。生活中普通的紅外遙控是采用面向指令的幀結(jié)構(gòu)，數(shù)據(jù)幀是由同步碼、地址碼和指令碼組成的。指令碼的長度多為8

34、16bit，它在傳送多字節(jié)的遙控協(xié)議時效率偏低，但是如果增大指令碼的長度又會不利于接收器的同步，因為這樣的一個原因所以本設計采用的幀結(jié)構(gòu)是一種面向字節(jié)的方式。所采用的結(jié)構(gòu)是類似于異步串行通信的幀結(jié)構(gòu)，每幀是由一個起始位（二進制數(shù)0）、8個數(shù)據(jù)位和2個停止位（二進制數(shù)1）構(gòu)成，結(jié)構(gòu)圖如圖2-2所示。每一個數(shù)據(jù)幀傳送1個字節(jié)的數(shù)據(jù)，每兩個數(shù)據(jù)幀之間的間隔大于2ms，幀結(jié)構(gòu)不包括地址信息，它的尋址問題是由高層協(xié)議來解決的。圖2-2數(shù)據(jù)幀結(jié)構(gòu)示意圖由于光線都會存在反射紅外線也不例外，因此紅外通信應該采用一種特殊的傳輸方式，即異步半雙在全雙工方式下發(fā)送的信號會有可能會被本身接收的工作方式，也就是用于通信

35、的某一方發(fā)送和接收信號是交替進行的。3.1.2紅外通信標準1993年，由世界知名的二十多家公司其中包括了COMPAQ、HP和INTEL等聯(lián)合發(fā)起最后成立了現(xiàn)在紅外數(shù)據(jù)協(xié)會（Infrared Data Association,簡稱IRDA）。在1993年6月28日，來自世界各國的50多家企業(yè)的總共多達120多位代表出席了IRDA的所召開的首次會議，在會議上就“建立統(tǒng)一的紅外通訊標準”這一重點問題達成了最后一致。之后產(chǎn)生了基于HP-SIR所開發(fā)出來的一種異步半雙工的紅外通訊方式，它就是“IRDA1.0”簡稱為Serial InfraRed（SIR）。它是SIR以系統(tǒng)的異步通訊收發(fā)器（UART）為依

36、托，通過對串行 數(shù)據(jù)脈沖的波形 壓縮和對所接收的光信號 電脈沖的波形擴展 這一編碼解碼過程（3/16 EnDec）實現(xiàn)紅外 數(shù)據(jù)傳輸。但是它的傳輸速率會受到異步通訊收發(fā)器的通訊速率限制，所以它的最高通訊速率也就值相當于電腦串行端口的最高速率也就是115.2kbps。IRDA標準的包括一個規(guī)范即物理層的規(guī)范（Physical Layer Link Specification），和兩個協(xié)議即鏈接建立協(xié)議（ink Access Protocol）和鏈接管理協(xié)議（Link Management Protocol）。紅外通信硬件上設計的目標和要求是物理層規(guī)范制定的，而對鏈接進行設置、管理和維護是IRLA

37、P和IRLMP兩個軟件層來負責的。在IRLAP和IRLMP它們基礎上，IRDA還相繼發(fā)布了TIN YTP、IROBEX、IRCOMM、IRLAN和IRB US等一些用于更高級別的紅外協(xié)議，用來針對于某些特定的紅外通信應用領域（見圖2-3）。圖2-3 IRBUS紅外線通信協(xié)議層3.1.3紅外線遙控原理紅外線的發(fā)射及接收控制電路均采用了80 51單片機來實現(xiàn)。這樣一來它的電路就很簡單并且可以選擇輸出控制的方式，因此它很具有實用性。整個系統(tǒng)的工作過程可以總結(jié)為如下：在發(fā)射的時候，首先是將從串行發(fā)射口 P3.1送出的信號數(shù)據(jù)反饋到 P1.1口行內(nèi)部進行調(diào)制，再將信號數(shù)據(jù)從 P1.2口送出，之后再用紅外

38、發(fā)射 二極管將信號數(shù)據(jù)發(fā)射出去，發(fā)射的距離為10 m。在接收的時候，首先是采用與發(fā)射的部分成套的紅外 接收頭將發(fā)射出的數(shù)據(jù)信號接收之后送到串行口 P3.0中，然后由系統(tǒng)來識別接收數(shù)據(jù)到的數(shù)據(jù)再與發(fā)送數(shù)據(jù)進行比較看是否相符，如果結(jié)果不相符，那么發(fā)光二極管就會熄滅；如果結(jié)果相符，那么系統(tǒng)將會開鎖。3.2系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設計3.2.1 STC89C52單片機介紹STC89C52是STC公司生產(chǎn)的一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有 8K 在系統(tǒng)可編程Flash存儲器。STC89C52使用經(jīng)典的MCS-51內(nèi)核，但在此基礎上做了很多的改進使得該芯片具有了傳統(tǒng)51單片機不具備的功能。在單芯片上，擁有靈

39、巧的8 位CPU 和在系統(tǒng)可編程Flash，使得STC89C52為眾多嵌入式控制應用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。STC89C52的標準功能：8k字節(jié)Flash，512字節(jié)RAM，32 位I/O 口線，看門狗定時器，內(nèi)置4KB EEPROM，MAX810復位電路，3個16 位定時器/計數(shù)器，4個外部中斷，一個7向量4級中斷結(jié)構(gòu)（兼容傳統(tǒng)51的5向量2級中斷結(jié)構(gòu)），全雙工串行口。另外 STC89C52 可降至0Hz 靜態(tài)邏輯操作，支持2種軟件可選擇節(jié)電模式。空閑模式下，CPU 停止工作，允許RAM、定時器/計數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。掉電保護方式下，RAM內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機一切

40、工作停止，直到下一個中斷或硬件復位為止。最高運作頻率35MHz，6T/12T可選。該單片機的引腳具體結(jié)構(gòu)如下圖： 該芯片引腳介紹：（1）輸入與輸出的口線P0.0P0.7 P0口的8位雙向口線；P1.0P1.7 P1口的8位雙向口線；P2.0P2.7 P2口的8位雙向口線；P3.0P3.7 P3口的8位雙向口線；（2）ALE是地址鎖存的控制信號在系統(tǒng)擴展的時候，ALE的是起到把控制從P0口輸出的低8位的地址鎖存器存起來的作用，來實現(xiàn)數(shù)據(jù)和8位地址的一個分時傳送。另外因為ALE的正脈沖是以1/6的晶振頻率來固定輸出的，它便可以作為外部的時鐘或外部的定時脈沖來使用。（3）外部程序存儲器的選通信號 P

41、SEN在外部的ROM讀取時，PSEN是有效的（低電平），用它來實現(xiàn)外部的ROM的單元的讀操作。（4）EA：用來訪問程序存儲器的控制信號當EA的信號是低電平的情況的時候，系統(tǒng)對ROM讀的操作是面向外部的程序存儲器的；但如果當EA的信號為高電平時，那么對ROM的讀操作是則是從相反的內(nèi)部程序存儲器開始的，并且還可以延續(xù)到外部的存儲器。（5）復位信號是當輸入的復位信號持續(xù)輸入2個周期以上的高電平時，就為有效，用來完成我們單片機的一個復位操作。（6）XTAL1和XTAL2是作為外接的晶振引線端當我們使用的是芯片內(nèi)部的時鐘時，XTAL1與XTAL2是用于微調(diào)電容和外接的石英晶體振蕩器；當我們使用的是芯片外

42、部的時鐘時，它們則是用于外接的時鐘脈沖信號。3.2.2硬件的結(jié)構(gòu)圖系統(tǒng)以單片機8051為核心，系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖如圖3-1所示。系統(tǒng)的功能設計目標內(nèi)容應該包括：紅外線信號的發(fā)射功能模塊，紅外信號的接收和轉(zhuǎn)換模塊、單片機系統(tǒng)模塊、報警蜂鳴器模塊、矩陣鍵盤電路、液晶顯示電路設計、密碼各種功能的模塊以及系統(tǒng)開鎖功能模塊等方面。下面將介紹各個單元模塊的設計與實現(xiàn)。圖3-1紅外遙控密碼鎖硬件結(jié)構(gòu)圖3.3各硬件部分設計3.3.1矩陣鍵盤電路本設計中的矩陣電路模塊的鍵盤是采用4*4的矩陣鍵盤。鍵盤電路如圖3-2所示。在矩陣鍵盤的工作中，確定矩陣式鍵盤上是否有鍵被按下，通常是采用“行掃描法”來進行的。具體按鍵對應

43、的注釋如下：S2定義的是數(shù)字“1的輸入”；S3定義的是數(shù)字“2”的輸入；S4定義的是數(shù)字“3”的輸入；S5定義的是確定的這一個操作；S6定義的是數(shù)字“4”的輸入；S7定義的是數(shù)字“5”的輸入；S8定義的是數(shù)字“6”的輸入；S9定義的是手動的開鎖和閉合；S10定義的是數(shù)字“7”的輸入；S11定義的是數(shù)字“8”的輸入；S12定義的是數(shù)字“9”的輸入；S13定義的是修改密碼這一個操作；S14定義的是還原操作；S15定義的是數(shù)字“0”的輸入；S16定義的是刪除前一個數(shù)字的操作；最后S17本次設計是沒有定義操作的。在本設計中首先是將列線置于高電平，然后進行行線掃描。如果有行線為高電平時，就可以確定有按鍵

44、被按下，并且系統(tǒng)會將相應的行線進行編號存放；其次轉(zhuǎn)換到列線的掃描程序，步驟跟行線掃描相同是首先將行線置于高電平，跟著進行列線掃描，如果有列線為高平，就可以確定有按鍵被按下并將該列線進行相應對的編號進行存放。在每一個單片機的應用系統(tǒng)中，都會設置鍵盤結(jié)構(gòu)，它的主要作用是為了控制運行狀態(tài)，用戶輸入一些命令或者數(shù)據(jù)，用來完成系統(tǒng)的輸入和處理過程。鍵盤是用戶與單片機進行信號交流最基本的途徑。以按鍵輸入的形式來設置控制功能或者輸入數(shù)據(jù)，按鍵的輸入狀態(tài)在本質(zhì)上其實是一個開關(guān)量。對于簡單的開關(guān)量的輸入可以采用獨立式的按鍵輸入方式，這種方法的接口簡單，不過這種方式占用的單片機 I/O端口的資源較多，所以在處理輸

45、入?yún)?shù)較多且功能復雜系統(tǒng)的時候，就需要采用矩陣式鍵盤來進行 對輸入的控制。3.3.2單片機的時鐘電路與復位電路設計本系統(tǒng)采用STC系統(tǒng)列單片機，此單片機相比其他系列單片機有很多的優(yōu)越之處。它的資源要比其他的單片機要多，而且它的執(zhí)行速度非?？欤籗TC系列單片機是使用串口來對單片機進行燒寫，它下載程序起來較為方便；而且STC51單片機內(nèi)部集成了“看門狗”電路；也具有非常的強抗干擾能力。本系統(tǒng)采用的內(nèi)部方式是時鐘電路和加電自復位的復位電路，如下圖3圖4所示：由于單片機的P0口內(nèi)部不含有上拉電阻為高阻態(tài)，這就導致了它不能正常地輸出高/低電平，所以該組的I/O口在使用的時候必須要外接上拉電阻。3.3.3

46、 液晶顯示電路設計液晶顯示器（LCD）是一種功耗非常低的顯示器，所以它的使用非常廣泛，包括了日常生活中常見的電子表屏幕、計算器屏幕、數(shù)碼相機的顯示屏幕、計算機的顯示器和液晶電視的屏幕等等。此次遙控電子密碼鎖中需要顯示的信息比較多包括了密碼輸入的結(jié)果、顯示密碼、密碼修改的顯示，因此為了能夠得到直觀的結(jié)果，也為了在設計的美觀上加分，使用總線和排阻的進行來簡化連接方式，本設計就采用液晶顯示屏LCD來進行操作顯示，具體的連接方式以及連接圖如圖3-5所示。 圖3-5液晶顯示電路3.3.4存儲芯片電路設計總線（Inter Intergrate Circuit BUS）的全稱是芯片間總線，它的作用是在芯片間

47、以兩根連線來實現(xiàn)全雙工的同步數(shù)據(jù)傳送，這兩根連線分別是一條數(shù)據(jù)線簡稱“SDA”和一條串行時鐘線簡稱“SDL”,所以它可以非常簡單地構(gòu)成外圍器件的擴展系統(tǒng)?？偩€是采用兩線制的，就是剛剛所說到的數(shù)據(jù)線“SDA”和時鐘線“SCL”，為了實現(xiàn)數(shù)據(jù)的存儲，本設計系統(tǒng)使用非常典型的串行總線EEPROM芯片AT24C01 系列，系統(tǒng)是采用此芯片來進行數(shù)據(jù)的存儲，存儲系統(tǒng)的接線圖如圖3-6所示。 圖3-6存儲芯片電路3.3.5報警電路顧名思義報警電路就是用來在用戶輸入錯誤密碼的時候發(fā)出報警信號的電路系統(tǒng)，報警電路的構(gòu)成部分是蜂鳴器及外圍電路組成。它的實際效果就是在系統(tǒng)接收到用戶輸入的密碼并對其做出判斷錯誤的時

48、候，系統(tǒng)將錯誤的信號通過電路傳送到報警電路，這時候報警電路就做出相應的反應。本系統(tǒng)采用的是蜂鳴器報警，實際效果就是在輸入錯誤密碼之后它會發(fā)出“滴”的聲音，也相當于是在實際生活中的警報器的作用。報警電路的組成以及接線圖如下圖3-7所示。 圖3-7報警電路接線圖3.3.6密碼鎖電路密碼鎖電路部分由繼電器來構(gòu)成，當密碼錯誤時系統(tǒng)會做出報警效果，當密碼輸入正確的時候密碼鎖電路就會做出相應的反應，繼電器就會在電路的效果下吸合。這樣就可以得出輸入密碼正確的。得到的效果就是密碼鎖打開，在本次的設計中我還特意添加了一個指示燈這樣就可以從兩個信息來反應輸入的結(jié)果。而且在后期的制作中還可以添加一個實際的電磁鎖這樣

49、起到的效果會更加明顯，反應的效果也更加切實。密碼鎖電路的構(gòu)成和連線圖如下圖3-8所示。 圖3-8密碼鎖電路35 系統(tǒng)軟件的實現(xiàn)4 系統(tǒng)軟件的實現(xiàn)4.1主程序流圖下圖4-1是本次設計的主程序的流程圖，本設計還特別添加了管理員密碼這個特別的功能，用戶必須要需要使用正確用戶的密碼或者是正確的管理員密碼才可以打開鎖。而且本設計的修改密碼可以通過兩種方式，一種是通過用戶密碼來進行修改密碼的操作；第二種則是用管理員密碼來重新設置密碼，這樣就可以避免用戶在忘記用戶密碼之后的一籌莫展。管理員密碼是最初就設定的當然也是可以修改的。當用戶在輸入密碼的時候系統(tǒng)就會做出反應，本設計的密碼鎖可以實現(xiàn)的功能有：密碼的修改

50、、忘記密碼之后的重設操作、修改管理員密碼。而且在用戶輸入錯誤的密碼的時候系統(tǒng)自動報警，當用戶連續(xù)輸入三次錯誤密碼的時候系統(tǒng)就會自動將鍵盤鎖住一分鐘。當然系統(tǒng)也有復位操作，只需要按下此鍵系統(tǒng)就會恢復。具體的操作步驟、主程序的構(gòu)成、每一步的反饋以及方式請看下圖4-1開始設置密碼初始化輸入密碼報警報警程序報警程序N報警次數(shù)加1密碼正確？ Y Y 開鎖程序開鎖？繼電器打開 Y修改密碼修改密碼程序返回圖4-1主程序流程圖4.2遙控接收與發(fā)射軟件設計遙控的接收和發(fā)射是通過我們的發(fā)射和接收模塊來進行的，我們的紅外發(fā)射器也相當于另外一個矩陣鍵盤，它的作用是來輸入我們用戶的指令。它同樣有數(shù)字輸入和功能輸入兩種功

51、能，紅外發(fā)射器體積較小方便攜帶。并且可以通過遙控的方式來控制我們的密碼鎖。由于本次設計采用的遙控器就是普通的car遙控器，所以在某些操作上面會有點局限，不過并不影響用戶的操作。本次設計的遙控具體功能以及流程的實現(xiàn)如下：（1） 開啟密碼鎖特別說明：開啟密碼鎖的操作可以由鍵盤也可以由遙控器完成1) 首先是要打開密碼鎖的開關(guān)，然后在遙控上按下用戶自行設定的密碼；2) 輸入密碼完成之后，按“確認”鍵，系統(tǒng)將作出應答，即繼電器打開，led顯示燈亮，（2） 密碼的修改在修改密碼的操作前，必須是要先打開密碼鎖的，這是修改密碼操作的基礎A) 密碼修改的第一遍1) 打開密碼鎖之后，按遙控器上面的“修改密碼”按鍵

52、，之后顯示屏就會出現(xiàn)兩排英文字母就相當于叫你輸入兩次密碼；2) 然后就先在遙控器上面輸入第一遍想好的密碼， 3) 輸入完成之后按確定鍵，第一遍就完成了。B)密碼修改的第二遍1) 按照上一步的操作依次輸入密碼，2) 然后再按“確認”鍵，密碼的修改就完成。（3） 管理員密碼的使用在本次的設計產(chǎn)品中我們還特別添加了管理員密碼的操作，為的是方便用戶在忘記密碼之后的重設密碼操作，當然對遙控器也同樣可以設置操作。（4） 密碼錯誤鎖定當用戶密碼輸入錯誤的時候，蜂鳴器會短暫的響起，顯示器也會顯示您鎖輸錯誤密碼的次數(shù)，如果用戶密碼輸入錯誤3次，那么蜂鳴器將會持續(xù)響起，而且系統(tǒng)也會將鍵盤和遙控器鎖定1分鐘。而且它

53、各種鍵盤具有的功能它都有，具體的傳輸和軟件設計方式參考下圖4-2 圖4-2遙控發(fā)射和接收4.3開鎖軟件設計如圖11開鎖流程圖，因為本設計采用液晶顯示器，為了節(jié)約能耗，液晶顯示器在用戶不操作的一小段時間之后便會鎖住，這時候我們需要按任意鍵進行屏幕的解鎖顯示，之后我們就可以輸入我們的用戶密碼來進行開鎖操作了，這里的用戶密碼我們設定為“123123”，輸入正確的用戶密碼之后，按確認操作，系統(tǒng)就會得到開鎖的結(jié)果。具體流程圖如圖4-3所示。開始初始化按開鎖鍵輸入密碼輸入次數(shù)加1確認密碼所輸入密碼正確？報警報警程序 開鎖返回圖4-3 開鎖流程圖 仿真設計與結(jié)果5仿真設計與結(jié)果5.1仿真軟件介紹在本次設計中，由于設計的特殊要求，因此我們采用的是Keil軟件和Proteus軟件來進行電路的仿真。一、 軟件仿真平臺介紹Keil 軟件是美國Keil Software 公司開發(fā)的，它是就目前以為世界上最好最全面的51單片機開發(fā)工具之一。它支持匯編語言、C語言以及混合編程，同時